CN221256662U - 一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，包括一端与螺旋钻具相连接的连接套管，连接套管另一端安装有外支撑套，在外支撑套内部安装有单向传动组件，在外支撑套的另一端上设置有端部封堵件，在端部封堵件上安装有锁止螺母，在锁止螺母的端部上安装有楔形板钻头；连接套管通过单向传动组件可带动楔形板钻头进行单向旋转。该装置结构简单紧凑，便于安装与拆卸，可以与钢管内置钻杆同步撤回，操作简单便捷，降低了施工成本，实用性强，且能够实现长距离施工角度微调，提高施工精度，确保施工质量。

Description

一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置

技术领域

本实用新型涉及地下钻孔施工设备技术领域，具体涉及一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置。

背景技术

随着我国地下空间建设的逐步发展，管幕施工方法作为一种安全可靠的超前支护方式，应用也越来越广泛。精度控制是确保管幕施工质量的重要因素之一。牵引式导向钻孔是当前能够有效控制管幕施工精度的新技术，其通过先施工先导孔，通过先导孔的精度控制管幕顶进精度。但其施工需要先施工先导孔，再进行管幕施工。而且先导孔钻杆需要在对面接收，即需要接收井接收先导孔钻杆，在一定程度上限制了该方法的使用。

常规管幕精度控制方法即采用在螺旋钻杆前端连接楔形板钻头，通过控制楔形版钻头的方位来实现精度控制，该方法在纠偏过程中，楔形板方位保持不动，与其连接的螺旋钻杆亦保持不动，使得在精度控制过程中无法出渣，增加了钢管顶力和设备负荷，不利于实现较长距离管幕施工。

公开号为CN101059074的实用新型专利公开了一种具有钻具的水平定向钻机的控制方法和系统，其通过调节钻具的方向控制钻孔的走向，但结构复杂，且钻具实时旋转，调节性较差。公告号为CN108868611A的实用新型专利公开了一种基于套管跟进的钻孔纠偏方法及纠偏装置，其通过调整钻头与外侧相适应的套管之间的前后相对位置，改变钻进过程中地层对套管端头转向选择面的作用力大小，以调整套管的顶进方向，纠偏精度高，操作便捷，但套管直径较大，导致出土量较大，降低了作业效率。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，该装置结构简单紧凑，便于安装与拆卸，可以与钢管内置钻杆同步撤回，操作简单便捷，降低了施工成本，实用性强；该使用方法可有效防止钻孔过程中产生较大的偏移量，调节效率高，且能够在导向成孔的同时同步出渣，降低了施工顶力，有利于实现长距离管幕施工。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，包括一端与螺旋钻具相连接的连接套管，所述连接套管的另一端可拆卸安装有外支撑套，在所述外支撑套内部安装有单向传动组件，在外支撑套的另一端上设置有端部封堵件，在所述端部封堵件上安装有锁止螺母，在所述锁止螺母的端部上固定安装有楔形板钻头，连接套管通过所述单向传动组件可带动所述楔形板钻头进行单向旋转。

优选的，所述单向传动组件包括设置在外支撑套内腔的隔套组件、设置在隔套组件内的芯轴、依次设置在芯轴上位于隔套组件一端的第一球轴承、第一圆锥轴承、内轴承端盖和依次设置在芯轴上位于隔套组件另一端的单向轴承、第二球轴承与第二圆锥轴承，所述芯轴一端与所述锁止螺母通过螺纹固定连接，芯轴另一端卡在所述第一圆锥轴承的外圈上，所述第二圆锥轴承外圈顶在所述端部封堵件上。

优选的，所述楔形板钻头由连接管和固定设置在连接管前端的楔形板构成，所述楔形板的长度方向与所述连接管的中心轴线方向具有0～25°的安装倾角。

优选的，所述隔套组件包括第一内隔套和第一外隔套，所述第一内隔套设置在所述芯轴上、两端分别抵在所述第一球轴承和所述单向轴承的内圈上；所述第一外隔套设置在所述外支撑套内腔、两端分别抵在所述第一球轴承和所述单向轴承的外圈上。

优选的，在所述单向轴承与所述第二球轴承之间设置有第二内隔套和第二外隔套，所述第二内隔套设置在所述芯轴上、两端分别抵在单向轴承和第二球轴承的内圈上；所述第二外隔套设置在所述外支撑套内腔、两端分别抵在单向轴承和第二球轴承的外圈上。

优选的，在所述第一球轴承和所述第一圆锥轴承的外圈之间设置有第三外隔套；在所述第二球轴承和所述第二圆锥轴承的外圈之间设置有第四外隔套。

优选的，在所述芯轴上还设置有轴承顶套，所述轴承顶套的两端分别抵在所述第二圆锥轴承的内圈和所述锁止螺母上；所述端部封堵件设置在所述轴承顶套外圈上。

优选的，所述端部封堵件和所述内轴承端盖上均设置有骨架油封。

优选的，所述在芯轴末端上设置有楔形版方位靶标。

本实用新型中，设置的导向装置通过连接套管连接在螺旋钻具的前端，实现先导向再钻孔的作业，将钻孔的轨迹调整与出渣同步进行，不再依赖于管头和出渣方式进行调向，在保证钢管顶进精度的同时，也减小了钢管顶进的阻力，能够实现长距离微调，且提高了施工效率。设置的单向轴承实现了利用螺旋钻具的旋转动力兼做楔形板钻头方向调节的动力源，避免了在导向装置上布置驱动装置，降低整体结构的复杂性。设置的骨架油封避免因为外支撑套内腔进入杂质而影响转动，保证了该装置的使用寿命。设置的楔形板方位靶标可便于操作者观察楔形板钻头的方向，便于对顶进方向的精确调节提高了顶进精度。第一圆锥轴承和第二圆锥轴承采用背对背的方式安装，增加了结构的整体刚度。

附图说明

图1为本实用新型整体结构剖面示意图；

图2为本实用新型整体结构安装钻刀状态示意图；

图3为本实用新型整体局部结构示意图；

图中：1、连接套管；2、外支撑套；3、单向传动组件；4、端部封堵件；5、锁止螺母；6、楔形板钻头；7、楔形版方位靶标；8、钻刀；10、第二内隔套；11、第二外隔套；12、第三外隔套；13、第四外隔套；14、轴承顶套；15、骨架油封；30、隔套组件；31、芯轴；32、第一球轴承；33、第一圆锥轴承；34、内轴承端盖；35、单向轴承；36、第二球轴承；37、第二圆锥轴承；60、连接管；61、楔形板；80、刀座；81、刀头；300、第一内隔套；301、第一外隔套。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：

如图1、图2和图3所示的一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，包括一端与螺旋钻具相连接的连接套管1，连接套管1的另一端通过紧固件可拆卸安装有外支撑套2，在外支撑套2的内部安装有单向传动组件3，在外支撑套2的另一端上设置有端部封堵件4，在端部封堵件4的另一端上安装有锁止螺母5，在锁止螺母5的端部上固定安装有楔形板钻头6。连接套管1通过单向传动组件3可带动楔形板钻头6进行单向旋转。在一个实施例中，楔形板钻头6由连接管60和通过焊接固定设置在连接管60前端的楔形板61构成，楔形板61的长度方向与连接管60的中心轴线方向具有0～25°的安装倾角，在本实施例中楔形板61的长度方向与连接管60的中心轴线方向的安装倾角为20°。该导向装置超前钢管的前端0.5～3m。

单向传动组件3包括设置在外支撑套内腔的隔套组件30、可转动设置在隔套组件30内的芯轴31、依次设置在芯轴31上且位于隔套组件30一端的第一球轴承32、第一圆锥轴承33、内轴承端盖34和依次设置在芯轴31上且位于隔套组件30另一端的单向轴承35、第二球轴承36与第二圆锥轴承37，芯轴31的一端与锁止螺母5通过螺纹固定连接，芯轴31的另一端卡在第一圆锥轴承33的外圈上，第二圆锥轴承37的外圈顶在端部封堵件4上。当螺旋钻具顺时针转动时，单向轴承35转动，连接套管1与外支撑套2跟随螺旋钻具转动，钢管正常顶进；当螺旋钻具逆时针转动时，单向轴承35不转、使得芯轴31跟随外支撑套2转动，实现对楔形板钻头6角度的调整，实现了整体顶进轨迹的调整。第一圆锥轴承33和第二圆锥轴承37采用背对背的方式安装，增加了结构的整体刚度。

在芯轴31的末端上固定设置有楔形版方位靶标7。具体的，楔形板方位靶标7具有锥形指示头，该锥形指示头的指示方向与楔形板钻头6的尖端方向相同。

隔套组件30包括第一内隔套300和第一外隔套301，第一内隔套300设置在芯轴31上、两端分别抵在第一球轴承32和单向轴承35的内圈上。第一外隔套301设置在外支撑套2的内腔、两端分别抵在第一球轴承32和单向轴承35的外圈上。

在单向轴承35与第二球轴承36之间设置有第二内隔套10和第二外隔套11，第二内隔套10的内圈设置在芯轴31上、两端分别抵在单向轴承35和第二球轴承36的内圈上。第二外隔套11的外圈设置在外支撑套2的内腔、两端分别抵在单向轴承35和第二球轴承36的外圈上。

在第一球轴承32和第一圆锥轴承33的外圈之间设置有第三外隔套12，在第二球轴承36和第二圆锥轴承37的外圈之间设置有第四外隔套13。在芯轴31上还设置有轴承顶套14，轴承顶套14的两端分别抵在第二圆锥轴承37的内圈和锁止螺母5上。端部封堵件4设置在轴承顶套14的外圈上。在端部封堵件4和内轴承端盖34上均设置有骨架油封15，骨架油封15提高了轴承的密封性，保证轴承的使用寿命。

在连接套管1的外侧通过紧固件可拆卸安装有一组或多组钻刀8，该钻刀8包括刀座80和安装在刀座80上的多个刀头81，当连接套管1顺时针转动时，钻刀8旋转、对导向装置形成的导向进行扩孔。

如图1、图2和图3所示的一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

步骤一，顶进作业，将导向装置按照图纸进行组装，将组装完整的导向装置通过连接套管1与螺旋钻具相连接，通过螺旋钻具带动导向装置向前运动。初始状态时，通过逆时针转动螺旋钻具调节楔形板钻头6的尖端方向至初始设定方向，在顶进过程中始终保持初始设定方向，使得导向成孔与顶进出渣同步进行。

步骤二，方向调节，在顶进过程中，受地层或其他因素使得钢管轨迹发生偏移后，通过螺旋钻具逆时针转动连接套管1，在单向轴承的作用下使得楔形板钻头6跟随转动，当调节楔形板钻头6的尖端方向至轨迹偏移的反向或目标设定方向时停止调节，调节时通过观察楔形板方位靶标7的方向确定楔形板钻头6的顶进方向。当调节至钢管顶进轨迹在目标范围内时，重新调节楔形板钻头6的尖端方向至初始设定方向，重复进行，直至钢管顶进至设计深度，完成作业。

在本实施例中，楔形板钻头6的尖端方向朝地质因素使钢管容易偏斜方向的相反方向或结合成孔精度要求和地质情况综合确定初始设定方向。当同步钻孔数量为2时，前两个孔（标准孔）成孔时，两个楔形板钻头6的初始设定方向相反。

对于管幕施工来说，管幕施工的第一个孔或第一组孔为标准孔，当同步钻孔数量为2时，前两个孔为标准孔，两个孔的楔形板钻头6的初始设定方向应该相对，同时也要考虑标准孔的位置。比如，当标准孔位于拱顶时，楔形板钻头6初始设定方向可以分别设置为3点和9点方向，施工门字形管幕且标准孔位于侧向位置时，楔形板钻头6初始设定方向可以分别设置为6点和12点方向。

非标准孔成孔时，楔形板钻头6的初始设定方向应使钢管向已施工管贴紧。比如，当施工门字形管幕且标准孔位于侧向位置，施工标准孔下方孔位时，楔形板钻头6初始设定方向可以设置为12点方向。

上述实施例只是对本实用新型构思和实现的若干说明，并非对其进行限制，在本实用新型构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，包括一端与螺旋钻具相连接的连接套管（1），其特征在于：所述连接套管（1）的另一端可拆卸安装有外支撑套（2），在所述外支撑套（2）内部安装有单向传动组件（3），在外支撑套（2）的另一端上设置有端部封堵件（4），在所述端部封堵件（4）上安装有锁止螺母（5），在所述锁止螺母（5）的端部上固定安装有楔形板钻头（6），连接套管（1）通过所述单向传动组件（3）可带动所述楔形板钻头（6）进行单向旋转。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：所述单向传动组件（3）包括设置在外支撑套（2）内腔的隔套组件（30）、设置在隔套组件（30）内的芯轴（31）、依次设置在芯轴（31）上位于隔套组件（30）一端的第一球轴承（32）、第一圆锥轴承（33）、内轴承端盖（34）和依次设置在芯轴（31）上位于隔套组件（30）另一端的单向轴承（35）、第二球轴承（36）与第二圆锥轴承（37），所述芯轴（31）一端与所述锁止螺母（5）通过螺纹固定连接，芯轴（31）另一端卡在所述第一圆锥轴承（33）的外圈上，所述第二圆锥轴承（37）外圈顶在所述端部封堵件（4）上。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：所述楔形板钻头（6）由连接管（60）和固定设置在连接管（60）前端的楔形板（61）构成，所述楔形板（61）的长度方向与所述连接管（60）的中心轴线方向具有0～25°的安装倾角。

4.根据权利要求2所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：所述隔套组件（30）包括第一内隔套（300）和第一外隔套（301），所述第一内隔套（300）设置在所述芯轴（31）上、两端分别抵在所述第一球轴承（32）和所述单向轴承（35）的内圈上；所述第一外隔套（301）设置在所述外支撑套（2）内腔、两端分别抵在所述第一球轴承（32）和所述单向轴承（35）的外圈上。

5.根据权利要求4所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：在所述单向轴承（35）与所述第二球轴承（36）之间设置有第二内隔套（10）和第二外隔套（11），所述第二内隔套（10）设置在所述芯轴（31）上、两端分别抵在单向轴承（35）和第二球轴承（36）的内圈上；所述第二外隔套（11）设置在所述外支撑套（2）内腔、两端分别抵在单向轴承（35）和第二球轴承（36）的外圈上。

6.根据权利要求4或5所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：在所述第一球轴承（32）和所述第一圆锥轴承（33）的外圈之间设置有第三外隔套（12）；在所述第二球轴承（36）和所述第二圆锥轴承（37）的外圈之间设置有第四外隔套（13）。

7.根据权利要求6所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：在所述芯轴（31）上还设置有轴承顶套（14），所述轴承顶套（14）的两端分别抵在所述第二圆锥轴承（37）的内圈和所述锁止螺母（5）上；所述端部封堵件（4）设置在所述轴承顶套（14）外圈上。

8.根据权利要求7所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：所述端部封堵件（4）和所述内轴承端盖（34）上均设置有骨架油封。

9.根据权利要求2所述的基于螺旋出土钢管跟进的钻孔用导向装置，其特征在于：所述在芯轴（31）末端上设置有楔形版方位靶标（7）。